电机和机动车的制作方法

1.本发明涉及一种电机，该电机具有包括转子体的转子，其中，所述转子体具有多个极，这些极分别带有至少一个由多个导线圈(leiterschleife)形成的转子绕组，所述极沿转子的径向方向延伸，所述导线圈穿过分别在每两个相邻的极之间构造的槽延伸，在所述槽中分别在相邻的极的转子绕组之间布置有沿径向方向延伸的支撑元件。此外，本发明还涉及一种机动车。


背景技术：

2.在具有他励转子的电机中，例如在他励同步电机中，借助布置在电机转子上的并且由电流流过的转子绕组产生电机的转子场。因为转子在电机运行时旋转，所以转子绕组必须克服在电机运行时出现的离心力被机械地固定。转子绕组的这种固定例如可以通过将转子绕组连同其在转子上的接纳部一同完全灌封实现，从而灌封部可以作为用于转子绕组的支撑体。但在此可能由于灌封部的硬化产生内应力，该内应力在电机运行时导致粘附失效，例如灌封材料与转子的分层，和/或导致聚合力失效，也就是说导致在灌封材料中形成裂纹。因为这种故障通常不对称地出现，所以由此会产生转子不平衡，其导致不期望的后果，例如在电机运行时轴承损坏或噪音排放。
3.另一种已知的用于将转子绕组固定在转子上的可能性是使用支撑板，所述支撑板例如在两个相邻的极之间抵靠到绕组上并且固定在转子上。在此，使用支撑板可能具有的缺点是，这些支撑板在离心力的影响下可能径向地扩张，从而绕组局部地从定子脱落。由此可能在绕组和定子之间产生不期望的气隙，该气隙可能对从转子绕组排出热量产生不利影响。转子绕组的冷却的降低在此尤其是会对转子或电机的持续功率产生负面影响。由于为实现足够的稳定性所需的壁厚，这种支撑板也可能具有大的重量，这同样可以对电机的工作效率产生负面影响。
4.由文献wo 2014/024 023 a2公知一种用于电机的转子，其中在转子的转子线圈之间布置有t形的保持元件，以便在具有转子的电机运行时固定转子线圈。
5.在文献gb 722 470 a中说明了一种电机，其中为了支撑转子绕组借助于螺栓将夹子固定在转子上。转子绕组被夹子的侧面压向转子的极。
6.文献cn 103532269 a描述了一种用于发电机的高转速旋转的转子的转子结构，其中v形的楔分别插入在两个相邻的转子绕组之间以用于固定转子绕组。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，说明一种电机，该电机能够实现转子绕组的导线圈的尽可能稳定的固定。
8.为了实现该目的，在开头所述类型的电机中根据本发明规定，支撑元件在转子旋转和/或变热时向导线圈上施加压力，其中，在支撑元件和转子绕组之间分别布置有在径向方向上至少部分地沿着支撑元件和毗邻/邻近的转子绕组延伸的压力分散元件，该压力分
散元件将由支撑元件施加的压力分散到毗邻的转子绕组上。
9.转子体包括多个极，其中在每两个相邻的极之间分别构造有槽，分别布置在相邻的极上的转子绕组的导线圈布置在该槽中。在两个相邻的极的转子绕组之间，即在布置在相邻的极上的转子绕组的导线圈之间，在槽中布置有支撑元件，该支撑元件在径向方向上延伸穿过槽。通过支撑元件在转子旋转和/或变热时膨胀，转子绕组被支撑元件分别压靠到极上和/或压入支承转子绕组的槽中。由此可以实现转子绕组在转子上的稳定的固定。此外，将转子绕组压靠到极上和/或压入转子体的槽中具有以下优点，即在电机运行时，也就是在转子旋转时，不会由于离心力的影响在转子绕组和转子体之间产生气隙。这改善了从转子绕组向转子体中的散热，这是因为相应的导热路径不被气隙中断。以这种方式，也可以在高转速和高温下实现转子的改善的冷却。
10.通过布置在转子绕组和支撑元件之间的压力分散元件，实现了由支撑元件在旋转和/或变热时产生的、作用到转子绕组的导线圈上的压力的均匀的压力分散。由此可以有利地避免转子绕组在离心力作用下不均匀地变形，尤其是在转子绕组的径向靠外的区段中由于支撑元件在那里作用的压力不足而导致转子绕组的鼓起。
11.通过压力分散元件可以避免转子绕组在高温和离心力负荷下不均匀的变形，从而尤其可以降低在转子绕组中的材料张力。压力分散元件因此有助于在特别高的温度和转速下确保绕组强度，并且避免例如包围转子绕组的导线圈的灌封基质出现由于变形引起的应力和/或损坏。由此，电机可以在该环境条件下有利地以更高的功率运行。
12.压力分散元件尤其是在转子旋转和/或变热时至少基本上是形状稳定的，从而通过将压力分散元件布置在支撑体与转子绕组之间，即使在高离心力下也可以通过由支撑元件产生的压力保证压力分散元件的形状稳定性，因此也保证转子绕组的形状稳定性。压力分散元件尤其可以由刚性的和/或硬的材料实施，从而压力分散元件在电机运行时不变形或者至少基本上不变形。
13.通过压力分散元件尤其可以避免在转子绕组的最外部的导线层或者最外部的线匝中的、导致转子绕组的鼓起的变形。在离心力影响下，转子绕组的线匝会相互剪切，这会导致提高转子绕组中的材料应力，并且不利地影响绕组强度。通过将压力分散元件布置在转子绕组和支撑元件之间，可以有利地对抗这种效应，这是因为实现了将由支撑元件产生的压力更好地分散在转子绕组上，因此实现了转子绕组的均匀的压紧。
14.压力分散元件的形状尤其可以相应于转子绕组在压力分散元件贴靠在转子绕组上的区域中的外轮廓，以及相应于支撑元件在压力分散元件贴靠在支撑元件上的区域中的外轮廓，从而压力分散元件可以无间隙地布置在转子绕组之一与支撑元件之间。
15.通过支撑元件和压力分散元件将转子绕组固定在转子上有利地实现了，电机也可以用于高转速驱动，例如用于驱动机动车。在这种电机中，例如会出现每分钟高达17000转的转速并且可以达到高达180℃的温度，其中，特别是通过支撑元件和压力分散元件始终实现导线圈的固定，并且由此实现导线圈或转子绕组在转子上尽可能无间隙的安装。这便于从转子绕组中散热，这是因为在转子绕组和转子体之间不出现会中断导热路径的气隙，从而可以提高电机的持续功率性能。
16.与将转子绕组在槽中的完全灌封相比，提供了如下优点，即可以取消灌封材料的、例如环氧树脂的成本，并且也不必使用成本高且耗费时间的灌封方法、如基于真空灌封或
压力胶化(druckgelieren)。有利地可以取消为此使用的装置和工艺步骤，尤其是可以取消耗时的灌封材料硬化。与在槽中完全灌封绕组相比，通过使用支撑元件和压力分散元件，可以允许例如由于分别灌封的导体线路而形成转子绕组的分层，这是因为进一步实现了转子绕组在槽中的稳定的固定。通过允许在灌封的转子绕组中的分层，可以降低在硬化时在分别灌封地实施的转子绕组中可能出现的内应力。
17.通过使用支撑元件和压力分散元件，对转子绕组的、特别是对其绕组品质的公差要求可以低于在使用用于固定转子绕组的固定支撑板的情况下的公差要求。此外，由于额外使用的压力分散元件，能够降低对支撑体的材料的要求，这例如能够实现为支撑元件使用标准材料。
18.根据本发明可以规定，压力分散元件在转子绕组的整个径向长度上延伸，或者压力分散元件在转子绕组的径向长度的一部分上、尤其在径向靠外的部分上延伸，并且被接纳在支撑元件和/或转子绕组的对应的槽中。在此，压力分散元件尤其可以在转子绕组的径向靠外的区段中在转子绕组和支撑元件之间延伸，从而尤其可以避免在该区段中出现的变形。压力分散元件可以尤其与支撑元件或者转子绕组表面齐平地布置在支撑元件的槽或者转子绕组的槽中。
19.在转子绕组的整个径向长度上延伸的或者仅在转子绕组的径向长度的一部分上延伸的压力分散元件布置在支撑元件的槽中和/或布置在转子绕组的槽中，这尤其能够实现：压力分散元件在转子绕组和支撑元件之间的至少基本上无间隙的布置或者转子绕组与支撑元件的至少基本上无间隙的布置。这具有的优点是，在转子旋转和/或变热时，支撑元件的压力可以直接从支撑元件作用到转子绕组上，或者从支撑元件通过压力分散元件作用到转子绕组上。此外，这些部件在槽中的尽可能无间隙的布置有助于改善从转子绕组中排热。压力分散元件可以在转子的轴向方向上尤其在槽的整个长度上延伸，或者在转子绕组和/或支撑元件的整个长度上延伸。
20.在本发明的一种优选的设计方案中可以规定，压力分散元件至少部分地由金属、特别是奥氏体钢或者由陶瓷制成。利用由金属或者说由钢、尤其是奥氏体钢制成或者由陶瓷制成的压力分散元件可以实现压力分散元件的足够的强度和形状稳定性，因此实现良好的压力分散以及转子绕组的高的绕组强度。
21.根据本发明可以规定，支撑元件具有在径向方向上靠内的第一区段和在径向方向上位于外部的第二区段，其中，支撑元件在第一区段中具有两个在径向方向上平行延伸的侧面，并且在第二区段中具有两个在径向方向上至少部分彼此分开地延伸的侧面。在第一区段中，以在转子的沿径向方向和周向方向的面为参照，支撑元件通过在径向方向上平行延伸的侧面而具有基本上i形的横截面。在第二区段中，支撑元件能够相应地具有梯形的横截面，其中横截面的宽度在径向向外指向的方向上增加。此外，支撑元件在径向靠外的区段中的这种扩宽进一步提供了：除了侧向作用的力分量之外，也产生至少部分地径向向内指向的、作用到导线圈上的力分量，从而通过支撑元件的膨胀将转子绕组压到槽中或压向承载转子绕组的极。这有利地引起，尤其在旋转和/或变热时在槽的底部上也不会产生在转子绕组和转子体之间的气隙。
22.根据本发明可以规定，压力分散元件至少在位于支撑元件的第一区段和第二区段之间的过渡区域上在毗邻的转子绕组和支撑元件之间延伸。在此，压力分散元件尤其可以
在第一区段和第二区段之间的过渡区域上至少基本上延伸至第二区段的径向靠外的端部处，从而尤其在转子绕组的径向靠外的区域中可以有利地避免转子绕组在离心力影响下的变形。
23.在本发明的优选实施例中可以规定，在旋转和/或变热时第二区段比第一区段更强烈地膨胀。为此，例如第二区段可以由如下材料构成或包括如下材料，该材料与第一区段的材料的区别是更低的强度和/或更高的热膨胀系数。由于第二区段在旋转和/或变热时更强烈地膨胀，在电机运行期间由支撑元件的第二区段产生的压力可能增大，从而尤其是在转子绕组的与支撑元件的第二区段相对置的径向靠外的区域中可以实现绕组强度的改善。
24.在本发明的一种优选的设计方案中可以规定，第一区段和第二区段分别由塑料、特别是热固性塑料和/或热塑性塑料制成。可能的是，在第一区段和/或第二区段中将其他物质和/或材料、例如碳纤维或玻璃纤维加入到塑料中，以便改变其机械特性和/或热特性。用于第一区段和第二区段的材料可以尤其是不同的，以便在旋转和/或变热期间实现不同的膨胀。在此，例如第一区段的材料可以具有比第二区段的材料更高的强度和/或更小的热膨胀系数，从而第二区段在旋转和/或变热时可以更大幅地膨胀。
25.根据本发明可以规定，支撑元件在槽的径向靠内的端部处贴靠在转子体上。在此，支撑元件例如能够直接贴靠在槽的径向靠内的槽底上，所述槽底对内部限定槽，使得支撑元件就径向方向而言向内支撑在转子体上。
26.在本发明的一种优选的设计方案中可以规定，所述支撑元件在槽的径向靠外的端部处抵靠于在径向上位置固定地布置在相邻极之间的支座元件。通过该支座元件，能够实现支撑元件在从槽径向外指向的方向上的径向支撑。这简化了在转子旋转和/或变热时从侧面作用到与支撑元件毗邻的转子绕组上的压力分量的形成。支座元件例如可以是滑盖。在此，构造为滑盖的支座元件也用于封闭槽的径向靠外的端部，尤其在槽的整个轴向长度上封闭该端部。
27.通过支撑元件在支座元件上的支撑，尤其不能或基本上不能实现支撑元件在径向方向上的扩张。这能够实现，支撑元件在电机运行中出现旋转时和/或在电机运行中出现发热的情况下能够至少局部地沿周向扩张并且因此将导线圈压向转子体。
28.可以规定，支座元件至少部分地由金属、特别是奥氏体钢或者由陶瓷制成。支座元件例如可以是冲压的板件。由金属、尤其由奥氏体钢或者由陶瓷制成支座元件具有的优点是，可以实现支座元件的高机械强度，从而在转子旋转时不出现或者基本上不出现支座元件在轴向方向上的变形。
29.根据本发明可设置成，支座元件固定在两个相邻的极处，其中，支座元件的在极之间延伸的且跨越槽的区段贴靠在支撑元件上，尤其是完全地贴靠在支撑元件上。在此，支座元件至少针对径向运动和沿周向方向的运动是固定的，从而所述支座元件在电机转子旋转时不运动，而是保持位置固定。通过支撑元件在支座元件上的尽可能大的接触面，即通过支撑元件尤其完全贴靠在支座元件的跨越槽的区段上，能够实现支撑元件在周向方向上尤其在支撑元件的径向靠外的端部处的由于热和/或离心力引起的扩张，也就是说，在支撑元件的贴靠在支座元件上的端部处由于热和/或离心力引起的扩张。
30.在本发明的一种优选的设计方案中可以规定，相对的极分别具有固定槽，支座元件通过在边缘侧分别接合到固定槽中而固定在极上。支座元件例如可以板状地设计，从而
板的两个相对置的边缘可以接合到在周向方向上间隔开的、在相对置的极上构造的固定槽中。这能够不仅在径向方向上而且在周向方向上实现元件的固定。在极上形成固定槽例如可以用于，在装配电机时在轴向方向上将支座元件嵌入到相对置的极之间。支座元件也可以沿轴向方向固定。
31.根据本发明可以规定，支撑元件和支座元件通过包括至少一个榫槽连接的形锁合的连接部相互接合。在此可以规定，支座元件和/或支撑元件具有至少一个固定槽，其中相应的另一部件具有对应的榫头，该榫头接合到固定槽中。由此能够实现支撑元件——尤其在周向方向上——形锁合地固定在支座元件上。
32.在本发明的一种优选的设计方案中可以规定，在槽的内壁上和/或在支撑元件上布置槽绝缘部、尤其是绝缘纸和/或绝缘涂层。该槽绝缘部例如有助于转子绕组相对于例如处于地电势的转子体绝缘。可能的是，在支撑元件、压力分散元件和/或转子绕组之间也设置有槽绝缘部，其中，在这种情况下尤其槽绝缘部和转子绕组分别直接相互贴靠。
33.根据本发明可以规定，转子体由包括多个叠片的叠片组构成，支撑元件具有至少一个在轴向方向上延伸的通孔，其中，在至少一个通孔中布置有用于将叠片彼此固定的拉杆(zuganker)。在此，形成转子体的叠片尤其能够轴向地彼此排列。通过设置至少一个轴向通孔，可以在支撑元件中接纳拉杆，该拉杆可以用于在轴向方向上固定或者夹紧转子体的叠片。在此尤其可以规定，拉杆完全填充在支撑元件中形式的通孔，以便可以避免支撑元件变形到通孔的腔中。
34.对于根据本发明的机动车规定，该机动车包括根据本发明的电机。电机在此尤其可以是机动车的动力电机，该动力电机可以用于驱动机动车。电机尤其能够是高转速动力装置，所述高转速动力装置能够达到高达17000转每分钟的转速。机动车可以包括多个这种电机，例如作为为各个桥和/或各个车轮配设的动力电机。
附图说明
35.本发明的其它优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得出。这些附图是示意性的图示并且示出：
36.图1示出根据本发明的机动车的侧视图，
37.图2示出了根据本发明的电机的第一实施例的侧视图，
38.图3示出了根据本发明的电机的第二实施例的侧视图。
具体实施方式
39.图1示出了机动车1的侧视图。机动车1包括电机2，该电机被构造为机动车1的动力电机。机动车1可以通过电机2在电行驶运行中被驱动。为了供应电能，电机2通过功率电子装置3与机动车1的动力储能器4、例如动力电池连接。可能的是，机动车具有多于一个的、构造为动力电机的电机2，其中，多个电机2可以分别配属于机动车1的一个车桥和/或一个车轮。
40.在图2中示出了电机2的转子5的侧视图。在此，为了清晰起见，对转子5仅示出一个扇形的局部。整个转子5实施成圆形的并且包括多个(例如八个)相同的、根据所示出的区段构造的且彼此毗邻的扇形区段。
41.转子5包括转子体6，转子体6具有多个极7。每个极7带有由多个导线圈8形成的转子绕组9，该转子绕组在极7的两侧分别延伸到与极7毗邻的槽10中。此外，在槽10中布置有支撑元件11，该支撑元件的径向靠内的端部12毗邻于槽10。在槽10的径向靠外的端部中，支撑元件11贴靠在支座元件13处。
42.在转子绕组9和支撑元件11之间，在槽10中分别布置有压力分散元件14。该压力分散元件基本上在转子绕组9的径向长度的一部分上延伸到转子绕组9的径向外端部处。压力分散元件14表面齐平地被接收在支撑元件11的对应槽15中。作为补充方案或者替代方案，也可以将压力分散元件接纳在毗邻的转子绕组9的槽中。压力分散元件14在转子5的轴向方向上、即垂直于在图2中示出的图平面地延伸穿过槽10，从而该压力分散元件14尤其在毗邻的转子绕组9的整个轴向延伸长度上布置在转子绕组9与在轴向方向上同样在转子绕组9的整个轴向延伸长度上延伸的支撑元件11之间。
43.支撑元件11包括在径向方向r上靠内的第一区段16以及在径向方向上靠外的第二区段17。径向内部区段16包括两个侧面18，这两个侧面在径向方向上平行地延伸。在第二区段17中，支撑元件11具有两个侧面19，这两个侧面在径向方向上、即相对于转子5向外彼此背离地延伸。由此，在所示的沿径向方向r并且沿周向方向u延伸的图平面中，第二区段17具有基本上梯形的横截面。相应地，第一区段16在该图平面中具有基本上i形的横截面。
44.转子体6固定在转子轴23上，使得转子5在电机2运行时能够沿周向方向u转动。通过转子绕组9在电机2运行时产生转子磁场，在转子磁场中转子电流流过转子绕组9。在电机2的运行中不仅出现转子5的高转速而且出现转子5的显著发热，这尤其是由于在电流流过转子绕组9时的欧姆损失。为了防止由于转子绕组9的不充分固定而发生不平衡以及由于离心力而变形导致转子绕组9发生损坏，力求转子绕组9稳定地装配在极7处。此外，通过尽可能好地固定转子绕组9，也能够实现在转子绕组9中产生的热量向极7中良好散热，这是因为能够防止出现会使在转子绕组9和转子体6之间的传热路径中断的气隙。
45.为此，支撑元件11被构造成，使得其在转子5旋转和/或变热时膨胀，从而产生作用到转子绕组9上的压力。该压力通过压力分散元件14分散到转子绕组9的贴靠在压力分散元件14上的区段上。这导致，尤其是在转子的径向靠外的区段中，尽管在运行中产生离心力，也仍在转子绕组9的面向压力分散元件14的一侧上避免了导线圈8的变形。由此可以防止转子绕组9的各个导线圈8相对彼此形成剪切力，并且防止转子绕组9的包围导线圈的灌封基质出现负面地影响转子绕组9的强度的损坏。
46.压力分散元件14在第一区段16和第二区段17之间的过渡区域24上基本上延伸至转子绕组9的径向靠外的端部处。在支撑元件11与转子绕组9直接接触的靠内的区段中，在没有压力分散元件14进行压力分散的情况下实现，由支撑元件11使转子绕组9固定。
47.为了尤其在位于径向靠外的区段中实现转子绕组9的尽可能好的固定并且尤其避免各个导线圈8从转子绕组9上脱落，支撑元件11的第二区段17如此构造，使得第二区段在旋转和/或变热的情况下比第一区段16更强烈地膨胀。为此，构成第二区段17的材料比构成第一区段16的材料具有更低的强度和/或更大的热膨胀系数。第一区段16和第二区段17可以特别地由塑料材料制成，例如热固性塑料和/或热塑性塑料。附加地可能的是，在第一区段和/或第二区段中还加入其他元素，例如纤维等，以便适配于各种材料或各个区段的机械特性和/或热特性。
48.在径向靠外的方向上，通过支撑元件11与支座元件13的直接接触实现支撑元件11的固定。支座元件13固定在两个相邻的极7上，其中支座元件13在边缘侧分别接合到固定槽20中。支撑元件11贴靠在支座元件13的跨越槽10的区段上。可能的是，支撑元件11与支座元件13通过包括榫槽连接的形锁合的连接部相连接。支座元件13被实施为一个滑盖，该滑盖在轴向方向上覆盖槽10。
49.支座元件可以至少部分地由金属、特别是奥氏体钢和/或由陶瓷制成。压力分散元件14也可以由金属、特别是奥氏体钢或者由陶瓷制成，以便在电机2运行时实现足够的形状稳定性。支撑元件11的第一区段16和第二区段17可以例如通过粘合或类似方式彼此固定。也可能的是，第一区段16和第二区段17彼此不固定，这时基于支撑元件11的经由支座元件13的固定来实现支撑元件11在槽10中的稳定安置。
50.转子体6能够由包括多个叠片的叠片组构成，其中为了固定叠片而使用拉杆，所述拉杆设置在支撑元件11的通孔21中。在槽10的内壁上和/或在转子绕组9上可以施加槽绝缘层，例如绝缘纸和/或绝缘涂层。
51.在图3中示出了按本发明的电机2的转子5的第二种实施例。在这个实施例中，压力分散元件14分别在所贴靠的转子绕组9的整个径向延伸长度上延伸。转子绕组9、压力分散元件14以及支撑元件11在槽10中尤其是布置成，使得在这些部件之间不留有气隙。在这个实施例中支撑元件11与支座元件13通过至少一个包括榫-槽-连接22的形锁合的连接部相连接。此外，支座元件13在其径向靠外的侧面上具有凸形的拱曲。该第二实施例的其他实施方式尤其可以与第一实施例相对应。